هل عثر على الثقوب السوداء المفقودة في الكون؟

منذ عقود، افترض علماء الفلك أن الثقوب السوداء تنقسم إلى ثلاث فئات رئيسية وفق كتلتها، النجمية والفائقة الضخامة والمتوسطة. كان العثور على أدلة تثبت وجود هذه الفئة الأخيرة تحديًا صعبًا، فهل تمكنت الدراسات الجديدة من العثور على هذه الأجسام المراوغة؟

تتراوح كتلة الثقوب السوداء النجمية بين خمسة إلى خمسين ضعف من كتلة شمسنا، أما الثقوب السوداء الفائقة الضخامة (SMBHs) فتفوق كتلة الشمس بملايين إلى مليارات المرات، وتعد الثقوب السوداء المتوسطة (IMBHs) حلقة الوصل الانتقالية بين هاتين الفئتين.

مع أن العلماء رصدوا كثيرًا من الثقوب السوداء النجمية والفائقة الضخامة، فإن الحلقة المفقودة الواضحة في مسار تطور الثقوب السوداء في أثناء نموها من النجمية إلى الفائقة ظلت عصية على الإثبات، إلى أن أعلن فريق دولي بقيادة باحثين من مبادرة مختبرات لونا (LLI) التابعة لجامعة فاندربيلت، أنه ربما عثر على أدلة تشير إلى وجود الثقوب السوداء المتوسطة الحجم.

وصف فريق يقوده عالما الفلك (كريستال رويز-روتشا وأنجالي يولكيير) في إحدى الأوراق البحثية، كيف أعاد الباحثون تحليل بيانات LIGO (مرصد ليزر التداخل الموجي للجاذبية ) ومشروع فيرجو التعاوني بحثًا عن دلائل محتملة لاندماجات ثقوب سوداء متوسطة الحجم (IMBHs).

تشير النتائج إلى أن هذه المراصد سجلت أحداث موجات جاذبية تتوافق مع اندماجات بين ثقوب سوداء تتراوح كتلتها بين 100 إلى 300 ضعف كتلة الشمس، وهذه الأحداث هي أكبر تصادمات ثقوب سوداء سجلها علماء الفلك، وهي ضمن النطاق الذي يتوقعون وجود الثقوب السوداء المتوسطة الحجم (IMBHs) ذات الكتل الخفيفة.

يقول عالم الفلك كاران جاني: «الثقوب السوداء هي أحفورات كونية بالضبط … وكتل الثقوب السوداء التي أبلغ عنها هذا التحليل الجديد ما تزال حتى الآن موضع تكهن كبير في علم الفلك، فهذه المجموعة الجديدة من الثقوب السوداء تفتح نافذة غير مسبوقة نحو النجوم الأولى التي أضاءت كوننا».

أوضح العلماء في بحث ذي صلة كيف يمكن لمهمة مرصد ليزر التداخل الفضائي (LISA) القادمة، والمقرر إطلاقها في أواخر ثلاثينيات هذا القرن، أن تساعد على التحقق من صحة هذه النتائج. في حين تلتقط أجهزة الكشف (مثل LIGO وفيرجو) المراحل النهائية لتصادم الثقوب السوداء، فإن LISA يستطيع تتبع هذه التصادمات لسنوات قبل اندماجها، حيث تدور الثقوب تدريجيًا نحو بعضها مولدة تموجات في نسيج الزمكان، وامتداد المراقبة لهذه الفترة سيمكّن علماء الفلك من التعرف على أصل الثقوب السوداء وتطورها، وما سيحدث لها في المستقبل بعمق أكبر.

تقول رويز روتشا: «نأمل أن تعزز هذه الدراسة الأدلة التي تدعم النظر إلى الثقوب السوداء متوسطة الكتلة بوصفها المصدر الأكثر إثارة عبر شبكة كواشف الموجات الجاذبية من الأرض إلى الفضاء … كل اكتشاف جديد يقربنا أكثر وأكثر من فهم أصل هذه الثقوب السوداء ولماذا تقع ضمن هذا النطاق الغامض من الكتل».

يخطط الفريق مستقبلًا دراسة إمكانية مراقبة الثقوب السوداء متوسطة الكتلة (IMBH) باستخدام مراصد موجات الجاذبية الموضوعة على سطح القمر، إذ تدرس وكالة ناسا إمكانية بناء مرصد مماثل على سطح القمر بوصفها جزءًا من أهداف برنامج أرتميس طويلة الأمد، وقد ظهرت هذه الخطة منذ عصر أبولو، وستعتمد على تجربة مقياس الجاذبية القمري التي تركها رواد فضاء أبولو 17.

يقول جاني: «هذه لحظة تاريخية مثيرة، ليس فقط لدراسة الثقوب السوداء، بل لدفع حدود العلم إلى عصر جديد من استكشاف الفضاء والقمر … لدينا فرصة نادرة لتدريب الجيل القادم من الطلاب الذين ستتشكل اكتشافاتهم من القمر ومن مواده».

أُعلنت هذه النتائج في مجلة رسائل المجلة الفلكية (The Astrophysical Journal Letters)، وجاءت الدراسات الداعمة في مجلة المجلة الفلكية (The Astrophysical Journal).